發布時間: 2020-08-05 10:07
為什麽繪制小腦-前額葉皮層電路圖很重要
類似自閉癥的行為是由根植於小腦的大腦回路所調節的。
上周，我寫了壹篇博文，回顧了我的神經學家父親理查德·伯格蘭（Richard Bergland，1932-2007）和我在21世紀初創建了壹個分裂的大腦模型，我們稱之為“上大腦下大腦”。基於這個模型，在運動中避免“通過分析而癱瘓”的關鍵是“解開”前額葉皮層的智力機制，並讓小腦控制壹切。我在2007年6月12日出版了壹張整版的《運動員之路》的分裂大腦模型圖。
可悲的是，我父親在這本書的酒吧約會後不久就死於心臟病發作。在他死後，我發誓我會繼續努力弄清楚這個神秘的“小腦袋”是做什麽的，以紀念我的父親，他總是說：“我們不知道小腦到底在做什麽；但不管它在做什麽，它在做很多事情。”
2009年前後，我開始意識到理解“思考的大腦”（大腦）和“非思考的大腦”（小腦）之間相互作用的關鍵不在於這些大腦區域的位置，而在於兩個大腦半球和兩個小腦半球之間的功能連接，以及每個半球內的微區之間的半球內連通性。
正如我在2009年繪制的初步大腦地圖（下圖）中所示，左大腦半球和右小腦半球共同控制著身體的右側，反之亦然。
自從十多年前我繪制了這張“超級8”大腦地圖以來，我壹直密切關註科學進步，這將有助於解釋為什麽“縮小四個大腦半球之間的差距”很重要。2018年，我報道了麻省理工學院麥戈文腦研究所（McGovern Institute for brain Research）和哈佛醫學院（Harvard Medical School）馬薩諸塞州總醫院（Harvard Medical School's Massachusetts General Hospital）的澤維爾·蓋爾（Xavier Guell）、約翰·加布裏利（John Gabrieli）和傑裏米·施馬。（參見“繪制人類小腦重構整個大腦功能”）
小腦-大腦皮層回路調節ASD相關行為
本月，另壹項突破性的研究提供了新的見解和新的詳細地圖，說明了右小腦半球的壹個叫做“Rcrus1”的微區和小腦蚓部（夾在小腦左右半球之間）如何與內側前額葉皮質（mPFC）協同工作。本文（Kelly，Meng，Fujita，et al.，2020）發表在7月13日的《自然神經科學》上。
正如妳在上面的大腦地圖上所看到的，猶他州西南醫學中心的研究人員發現，大腦-小腦回路似乎在老鼠的社交行為、重復行為和行為靈活性中起著至關重要的作用。這些與自閉癥相關的老鼠行為反映了人類的自閉癥行為。正如作者所解釋的那樣，“在孤獨癥譜系障礙（ASD）中已經證實了小腦功能障礙；然而，小腦對ASD相關行為的作用機制仍不清楚。”
作者寫道：“在這項研究中，我們證明了小鼠小腦和內側前額葉皮質（mPFC）之間的功能連接；表明mPFC介導了小腦調節的社交和重復/僵硬行為。”我們描繪了壹條從小腦皮質區右小腿1號（Rcrus1）和後蚓部穿過小腦核和丘腦腹內側部，最後到達mPFC的壹個回路。”
資深作者Peter Tsai和他的同事先前的研究表明，抑制小腦Rcrus1區的Purkinje細胞活動會改變小鼠的社交、重復和僵硬行為。相反地，他們也發現刺激這個區域可以拯救與自閉癥相關的老鼠模型中典型的社會行為。
在他們最新的研究(2020年)中，蔡和他的合作者們使用了經過基因改造的小鼠來抑制浦肯野細胞的活性。有趣的是，研究人員發現，當小腦的浦肯野細胞活動減少時，前額皮質的神經活動增加了。更具體地說，他們發現Rcrus1活性的降低與mPFC活性的增加有關。
值得註意的是，當研究人員抑制(即。在這些經過基因工程的老鼠的前額葉皮層活動中，它們的社交障礙和重復/不靈活的行為得到了改善。
通過追蹤與自閉癥相關的小腦-前額葉皮層回路，研究人員還發現，來自後腦蚓部和小腦rCrus1區域的神經回路匯聚在前額葉皮層。作者在論文摘要中寫道:“對這個回路的調節導致了社交缺陷和重復行為，而激活Rcrus1和後vermis中的浦肯野細胞(pc)則分別改善了雄性PC-Tsc1突變小鼠的社交偏好障礙和重復/僵化行為。”
“這些區域中的每壹個都可能在未來ASD的潛在治療中發揮關鍵作用，”Tsai在新聞發布會上說。“就像電工壹旦理解了接線圖就可以修復家裏的線路壹樣，這些發現給我們帶來了改善自閉癥譜系障礙相關回路功能失調活動的潛在希望。”
這項開創性的小鼠研究提出了這樣壹種可能性:某天，針對連接小腦rCrus1和蚓部與前額葉皮層的腦小腦回路設計的療法，可能會改善人類的自閉癥相關行為。
參考文獻
Elyza Kelly, Fantao Meng, Hirofumi Fujita, Felipe Morgado, Yasaman Kazemi, Laura C. Rice, Chongyu Ren, Christine Ochoa Escamilla, Jennifer M. Gibson, Sanaz Sajadi, Robert J. Pendry, Tommy Tan, Jacob Ellegood, M. Albert Basson, Randy D. Blakely, Scott V. Dindot, Christelle Golzio, Maureen K. Hahn, Nicholas Katsanis, Diane M. Robins, Jill L. Silverman, Karun K. Singh, Rachel Wevrick, Margot J. Taylor, Christopher Hammill, Evdokia Anagnostou, Brad E. Pfeiffer, Catherine J. Stoodley, Jason P. Lerch, Sascha du Lac, Peter T. Tsai. "Regulation of Autism-Relevant Behaviors by Cerebellar–Prefrontal Cortical Circuits." Nature Neuroscience (First published: July 13, 2020) DOI: 10.1038/s41593-020-0665-z
Christopher Bergland is a world-class endurance athlete, coach, author, and political activist.
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